Технологии: Оперативная память "CUDIMM DDR5"
Рынок форматов ОЗУ долго существовал без каких-либо новшеств. Модули DIMM и SO-DIMM не меняли своей конструкции с конца 90-х годов до наших дней, лишь разменивая поколения DDR. Первой весточкой грядущих изменений недавно стал формат CAMM2, а теперь появился еще один — CUDIMM. В чем его преимущества и недостатки? Станет ли он массовым, или останется нишевым решением?
Причины появления новых форматов ОЗУ
Первый вопрос, который закономерно возникнет у читателя: зачем нужно вводить новые решения, если старые годами работали стабильно и зарекомендовали себя с хорошей стороны? На первый взгляд это действительно непонятно. Но если вникнуть в изначальную мотивацию разработки что CAMM2, что CUDIMM, мы увидим одну и ту же причину для обоих — достижение более высоких частот ОЗУ.
В последние годы чипы оперативной памяти развиваются очень быстро. C массовым распространением ОЗУ типа LPDDR, которая распаивается на платах устройств, производители получили доступ к более высоким частотам, чем могут предложить сменные планки. В первую очередь потому, что в случае с распаянными чипами длина соединений между ними и контроллером памяти в процессоре гораздо короче, а перекрестных помех заметно меньше.
Из-за этого память с самыми высокими частотами по умолчанию уже много лет попадает сначала в смартфоны, а потом в ноутбуки с распаянной LPDDR. И лишь после этого очередь доходит до модулей DIMM. К примеру, в смартфонах первая LPDDR5-5500 появилась уже в конце 2019 года, тогда как в десктопных компьютерах дебют DDR5 с аналогичной частотой состоялся почти через пару лет.
И CAMM2, и CUDIMM призваны сравнять быстродействие сменных модулей памяти и распаянной ОЗУ. Цель у них одна, а вот способы ее достижения разные.
Отличие CUDIMM от обычных UDIMM
CUDIMM, в отличие от CAMM2, не является совершенно новым форм-фактором оперативной памяти. Это разновидность обычных модулей Unbuffered DIMM (UDIMM) с одним важным отличием — собственным тактовым генератором Clock Driver (CKD).
Для большинства читателей не секрет, что контроллер памяти в современных компьютерных системах находится в процессоре. В случае с UDIMM именно контроллер памяти задает тактовую частоту микросхем и согласует тайминги так, чтобы обеспечить оптимальную работу системы.
Проблема в том, что при высокой частоте тактовый сигнал по длинным соединениям, свойственным системам с модулями UDIMM, превращается в этакую «кашу». Памяти DDR4 в свое время это не коснулось, так как даже топовые планки не превысили порог эффективной частоты в 5 ГГц. А вот DDR5 этому подвержена: чтобы «прыгнуть» выше 8 ГГц по ОЗУ, необходимо обзавестись процессором с удачным контроллером памяти. Иначе стабильности на таких частотах «оперативки» не видать.
CUDIMM призваны решить эту проблему. Здесь сигналы от процессора поступают не на чипы памяти, а на генератор CKD. Он служит буфером, который принимает тактовый сигнал, а затем регенерирует его и перераспределяет на чипы памяти. Все это делается с учетом расстояний соединений и задержек между компонентами модуля.
Благодаря такой конструкции сигнал высокой частоты доходит до памяти без частотной «каши». Поэтому становится намного легче реализовать возможности самых быстрых чипов DDR5.
CUDIMM — последователь RDIMM?
Идея CUDIMM не нова и уходит корнями в регистровую память RDIMM. Такая ОЗУ устанавливается в серверы и имеет отдельный регистровый чип. Отличие в том, что функциональность такого чипа шире. Он, помимо тактового сигнала, буферизует также команды (CMD) и адреса (ADR). Это нужно, чтобы согласовывать работу при большом количестве чипов и модулей ОЗУ.
В серверах можно встретить три или четыре модуля на каждый канал памяти. В десктопах подобное согласование не нужно, так как модулей на канал максимум два. Да и большого количества чипов на одной планке тут не встречается. Поэтому чип на CUDIMM устроен намного проще, чем на RDIMM. У него всего 35 контактов, половина из которых — питание и заземление.
Благодаря относительной простоте устройства, себестоимость производства и внедрения чипа CKD на модули CUDIMM заметно меньше, чем в случае с регистровым чипом на RDIMM.
Режимы работы CUDIMM
В отличие от CAMM2, модули CUDIMM совместимы с обычными разъемами DIMM. То есть, их можно установить и в существующие платы с поддержкой памяти DDR5. Для более гибкой подстройки под разные конфигурации микросхема CKD имеет три режима работы фазовой подстройки частоты (Phase Lock Loop, PLL), между которыми можно переключаться в зависимости от ситуации.
Dual PLL. Используется два входящих импульса, чтобы генерировать два независимых импульса для каждого из внутренних каналов планки памяти DDR5. Этот метод предпочтителен при хорошем качестве входящего сигнала.
Single PLL. Используется один из входящих импульсов, чтобы генерировать два одинаковых импульса на оба внутренних канала планки памяти DDR Данный метод нужен тогда, когда по одному из входящих импульсов слишком много «шума», а сохранить высокую частоту требуется.
PLL Bypass. Режим обхода, отключающий регенерацию импульсов на CKD. В этом режиме CUDIMM работает как обычная планка UDIMM, со всеми ее достоинствами и недостатками. Официально данный режим рекомендуется для частот от 6000 МГц и ниже, но может использоваться и на более высоких значениях.
Три режима работы обеспечивают планкам CUDIMM наиболее широкую совместимость как с существующими, так и с будущими процессорными платформами. В остальном новый формат не отличается от обычных UDIMM. Здесь точно так же можно использовать готовые частотные профили XMP и EXPO, а для настройки планки и мониторинга ее состояния используется стандартная интерфейсная шина I2C или I3C.
Распространение формата
Модули CUDIMM стандартизированы JEDEC в начале 2024 года. Несмотря на то, что многие производители продолжают развивать обычные высокочастотные модули UDIMM, планки нового формата уже выпущены несколькими китайскими компаниями. В их числе V-Color, Biwin и Asgard.
На данный момент крупные производители пока не анонсировали собственные модули CUDIMM. Возможно потому, что еще не до конца проработан вопрос их совместимости с процессорами Intel и AMD прошлых поколений. Но каких-то конструктивных препятствий для работы CUDIMM с любым процессором, оснащенным контроллером памяти DDR5, нет. Для этого должно понадобится лишь обновление BIOS.
Память с тактовым генератором будет распространяться не только в формате CUDIMM. Стандартом JEDEC уже предусмотрены планки CSODIMM, которые в некоторых источниках также называют Mini CUDIMM. Они представляют собой ноутбучные DDR5 SO-DIMM с чипом CKD.
На производительные модули CAMM2/LPCAMM2 будет устанавливаться точно такой же чип. Учитывая изначально короткие соединения у планок этого формата, CKD даст им еще больше возможностей по достижению предельного потолка частот.
Итоги
CUDIMM — не революция, а плановая эволюция модулей оперативной памяти. В чем-то она напоминает ситуацию с переводом чипов с плоских планарных транзисторов на трехмерные FinFET: когда возможности стали упираться в одну технологию, на смену ей пришла другая. То же самое и с ОЗУ: когда частоты возросли настолько, что передавать сигнал без помех стало затруднительно, на помощь пришло новое решение — дополнительный тактовый генератор.
Пока частоты топовых модулей UDIMM и CUDIMM примерно равны. Но с выходом платформы Intel LGA1851 и расширением ассортимента CUDIMM на рынке, такие планки смогут достичь более высокого частотного потолка — от 10 ГГц и выше.
В ноутбуках, неттопах и моноблоках с появлением новых поколений процессоров пригодится компактная память CSODIMM. Но наибольший прирост принесут обновленные CAMM2/LPCAMM2: этому поспособствуют и короткие соединения, и применение тактового генератора.
Нужна ли такая высокочастотная память прямо сейчас? Массовому пользователю — нет, но энтузиастам пригодится. Поэтому основной массой планок DDR5 в ближайшее время останутся старые добрые UDIMM, которых будет достаточно для большинства применений. И лишь для топовых конфигураций будет профит от более редких и дорогих CUDIMM. Это касается и компактных вариантов нового формата памяти — что CSODIMM, что CAMM2/LPCAMM2 с CKD.
Однако со временем память с тактовым генератором будет проникать в более низкие ценовые сегменты. Если высокий темп роста частот сохранится, то не исключено, что с выходом DDR6 чип CKD станет не опциональным, а обязательным атрибутом практически всех планок нового поколения памяти.